大容積氣密強(qiáng)度試驗(yàn)多充氣臺(tái)多通道控制充放氣技術(shù)

焦麗娟

摘 要：隨著我國(guó)大型運(yùn)輸機(jī)和大型客機(jī)的研制，在對(duì)大容積飛機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行氣密強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，單個(gè)充氣臺(tái)由于流量較小，造成充放氣過(guò)程速度慢，誤差大。文章對(duì)多充氣臺(tái)聯(lián)合充放氣技術(shù)進(jìn)行了研究，采用多個(gè)控制通道同時(shí)對(duì)多充氣臺(tái)進(jìn)行充放氣控制，有效縮短了充放氣時(shí)間。同時(shí)，多個(gè)氣壓傳感器實(shí)時(shí)反饋各部位氣壓值，使氣密艙在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到氣壓均勻。試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果表明，該方法能有效解決因氣密艙容積大而導(dǎo)致的充壓點(diǎn)加載速度慢的問(wèn)題，并降低試驗(yàn)的危險(xiǎn)性。

關(guān)鍵詞：氣密強(qiáng)度試驗(yàn)；多充氣臺(tái)多通道；充放氣技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：V216.14 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）32-0008-03

Abstract： With the development of large transport aircraft and large passenger aircraft in our country， in the airtight strength test of the large-volume aircraft structure， the flow rate of a single aerator is relatively small， which results in a slow filling and discharging process with a large error. In this paper， the technology of combined charge and release of gas is studied. Multiple control channels are used to control the charge and release of gas at the same time， and the time of charge and release is effectively shortened. At the same time， a number of pressure sensors feed back the pressure value of each part in real time， so that the air pressure is uniform in the airtight cabin in a short period of time. The experimental results show that the method can effectively solve the problem of slow loading speed caused by the large volume of the airtight cabin and reduce the risk of the test.

Keywords： airtight strength test； multi-inflator and multi-channel； gas filling/discharging technology

引言

根據(jù)《軍用飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度規(guī)范》，在飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)中，氣密強(qiáng)度試驗(yàn)是關(guān)鍵試驗(yàn)之一，其目的是驗(yàn)證機(jī)身氣密增壓艙、油箱、駕駛艙等部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。氣密強(qiáng)度試驗(yàn)具有很大的風(fēng)險(xiǎn)性，要選擇合適的充氣臺(tái)、充氣管路、傳感器、儀表，設(shè)置合理的控制參數(shù)，才能保證試驗(yàn)的安全和可靠。

對(duì)于小型飛機(jī)小容積氣密艙氣密強(qiáng)度試驗(yàn)，如駕駛艙、油箱、進(jìn)氣道等部件氣密強(qiáng)度試驗(yàn)，通常采用單充氣臺(tái)單通道控制的方法對(duì)氣密艙充壓，并配備應(yīng)急按鈕、觸點(diǎn)壓力表、精密壓力表等一系列保護(hù)措施，試驗(yàn)加載穩(wěn)定，具有一定的可靠性。但是對(duì)于大型飛機(jī)大容積氣密艙氣密強(qiáng)度試驗(yàn)，由于其飛機(jī)體積和氣密強(qiáng)度均較大，單充氣臺(tái)單通道的控制方法因單個(gè)充氣臺(tái)的局限性，就無(wú)法保證充壓的時(shí)間，甚至無(wú)法保證充壓載荷。因此為了滿足大容積氣密艙氣密強(qiáng)度試驗(yàn)的需求，需將多臺(tái)充氣臺(tái)聯(lián)合起來(lái)同時(shí)向氣密艙充氣。

對(duì)于多充氣臺(tái)聯(lián)合充氣，中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度研究所高利娃等人將兩個(gè)充氣臺(tái)的內(nèi)部電路進(jìn)行并聯(lián)，在充氣過(guò)程中，兩臺(tái)充氣臺(tái)由同一路控制通道的伺服閥電流來(lái)控制充氣閥的開(kāi)口大小，即兩臺(tái)充氣臺(tái)按照同步指令進(jìn)行充氣，該方法有效的增大了充氣過(guò)程中的充氣量。但是單通道（一個(gè)命令一個(gè)傳感器反饋）控制多個(gè)充氣臺(tái)從多個(gè)部位對(duì)氣密艙進(jìn)行充壓，其反饋來(lái)自氣密艙局部單個(gè)氣壓傳感器，充氣臺(tái)同時(shí)進(jìn)行一個(gè)動(dòng)作（充/放氣），該方法縮短了充氣時(shí)間，但不能保證氣密艙在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到氣壓均勻，具有一定的風(fēng)險(xiǎn)性，因此本文對(duì)多充氣臺(tái)多通道控制并聯(lián)充放氣技術(shù)進(jìn)行研究和驗(yàn)證。多充氣臺(tái)多通道控制并聯(lián)充放氣方法中，各充氣臺(tái)采用同一載荷譜，即各充氣臺(tái)執(zhí)行同一命令，但是各充氣臺(tái)的反饋來(lái)自各通道所控制充氣臺(tái)的位于氣密艙不同部位氣壓傳感器的反饋值，由于控制系統(tǒng)采用的是誤差控制，即根據(jù)命令和反饋的誤差值來(lái)輸出各控制通道的伺服閥電流以調(diào)節(jié)各充氣臺(tái)充氣閥開(kāi)口大小，因此該方法既提高了充氣過(guò)程中的充氣量，又能使大容積氣密艙內(nèi)的各處氣壓值保持均勻，提高了試驗(yàn)效率。

1 多充氣臺(tái)多通道控制充放氣方法

在氣密強(qiáng)度試驗(yàn)中，充放氣系統(tǒng)由空壓站、充氣臺(tái)、控制系統(tǒng)、氣密艙和連接管路組成。空壓站為充氣臺(tái)提供0.8Mpa的氣源壓力，空壓站通過(guò)管路與充氣臺(tái)連接。控制系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前控制通道命令值和氣壓傳感器測(cè)得的氣密艙壓力反饋值控制充氣臺(tái)的充放氣，充氣臺(tái)通過(guò)管路與氣密艙連接。

多充氣臺(tái)多通道控制并聯(lián)方法，即通過(guò)多通道（一個(gè)命令多個(gè)傳感器反饋）控制多個(gè)充氣臺(tái)從多個(gè)不同部位對(duì)氣密艙進(jìn)行充壓，具體實(shí)施方案如圖1所示。反饋來(lái)自氣密艙多個(gè)不同部位氣壓傳感器，每個(gè)通道控制對(duì)應(yīng)的充氣臺(tái)進(jìn)行充/放氣動(dòng)作，相互獨(dú)立，互不干涉，保證氣密艙在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到充壓載荷。

2 試驗(yàn)驗(yàn)證

在某型飛機(jī)后機(jī)身氣密艙進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)，分別采用單充氣臺(tái)單通道控制使用和兩個(gè)充氣臺(tái)兩個(gè)通道并聯(lián)控制使用兩種方法進(jìn)行氣密試驗(yàn)。該型飛機(jī)后機(jī)身氣密容積約240m3，包括貨艙和設(shè)備艙，兩個(gè)艙通過(guò)地板上若干個(gè)孔相通，試驗(yàn)時(shí)該氣密艙內(nèi)無(wú)任何填充物。

2.1 試驗(yàn)方法

在氣密艙前氣密端框設(shè)置2個(gè)充氣口，1個(gè)布置在貨艙地板上面，1個(gè)布置在貨艙地板下面，并行充壓。在氣密艙地板上面，試驗(yàn)件左側(cè)遠(yuǎn)離充氣口的部位設(shè)置有2個(gè)反饋口，1個(gè)接氣壓傳感器和精密壓力表，1個(gè)接觸點(diǎn)壓力表，試驗(yàn)件右側(cè)遠(yuǎn)離充氣口的部位設(shè)置有1個(gè)反饋口，接氣壓傳感器和精密壓力表，如圖2所示。

2.2 試驗(yàn)設(shè)備

本次驗(yàn)證試驗(yàn)所用試驗(yàn)設(shè)備如表1所示。

2.3 試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)時(shí)分別按照表2中的三種情況以5kPa增量從0載逐級(jí)加載，加載過(guò)程中記錄氣壓傳感器反饋、加載至每級(jí)載荷時(shí)所用時(shí)間。當(dāng)加載至30kPa后，按5kPa遞減逐級(jí)卸載，卸載過(guò)程中記錄氣壓傳感器反饋及卸載至每級(jí)載荷時(shí)所用時(shí)間。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果詳見(jiàn)表3，從表中可以看出，加載誤差小于1%。對(duì)比3次試驗(yàn)結(jié)果，可以得出：

（1）通道1氣壓傳感器1與通道2氣壓傳感器2反饋差值較小，可以判斷氣密艙內(nèi)氣壓均勻。

（2）1#充氣臺(tái)性能優(yōu)于2#充氣臺(tái)，等氣源壓力等容積氣密艙充壓，1#充氣臺(tái)所需時(shí)間較短。

（3）同一個(gè)氣密艙，兩個(gè)充氣臺(tái)兩個(gè)通道控制并聯(lián)使用不受充氣臺(tái)本身性能優(yōu)劣太大的影響。

（4）同一個(gè)氣密艙，兩個(gè)充氣臺(tái)兩個(gè)通道控制并聯(lián)使用，加載協(xié)調(diào)性較好，充/放氣基本同步，充壓所需時(shí)間較短，輸出功率大于單充氣臺(tái)單通道控制輸出功率。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，兩個(gè)充氣臺(tái)兩個(gè)通道控制并聯(lián)使用的輸出功率、穩(wěn)定性及可靠性高于單個(gè)充氣臺(tái)單個(gè)通道控制使用，技術(shù)方法可行。依照此技術(shù)方法的基本原理，可推廣至多充氣臺(tái)多通道控制并聯(lián)使用，可有效解決大流量快速充放氣的要求，加大充放氣流量，減少大容積氣密艙充放氣時(shí)間，解決因氣密艙容積大而導(dǎo)致充壓點(diǎn)與作動(dòng)筒加載點(diǎn)跟隨性差的問(wèn)題，并降低試驗(yàn)的危險(xiǎn)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]高利娃，李小寧，張偉，等.大容積飛機(jī)結(jié)構(gòu)并接充壓試驗(yàn)技術(shù)[J].工程與試驗(yàn)，2016，56（3）：79-82.

[2]吝繼鋒，趙洪偉，張永興.大容積氣密強(qiáng)度試驗(yàn)虛擬控制技術(shù)初探[J].工程與試驗(yàn)，2016，56（4）：17-20.

[3]吳振順.氣壓傳動(dòng)與控制[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1995.

[4]楊剛，徐小偉，高隆隆，等.高壓氣體定容積充放氣的特性[J].蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，36（3）：42-46.

[5]SMC（中國(guó)）有限公司.現(xiàn)代實(shí)用氣動(dòng)技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.